Trend of custom repetitive manufacturing (맟춤형 반복 제조 트렌드)

Facade engineers discuss the trend of custom repetitive manufacturing

By MATTHEW MARANI • May 6, 2020

The One Thousand Museum and Tower uses custom repetitive manufacturing for its highly complex GFRC facade, which was produced by Arabian Profiles. (Hufton+Crow)

1000 Museum designed by Zaha Hadid  (Structural Peer Reviewed by Simon Shim)

Computer-aided manufacturing has revolutionized the field of facade production over the last decade. Dana K. Gulling, author of Manufacturing Architecture, describes the overall trend as one of “custom repetitive manufacturing,” which reestablishes a level of customizability in industrial processes and facilitates fruitful collaboration between architects, facade engineers, and manufacturers from the design-assist phase to completion. To learn a bit more about the shift, AN surveyed leading facade engineers about how it affects their work.

컴퓨터 지원 제조는 지난 10년 동안 파사드 생산 분야에 혁명을 일으켰왔습니다. 제조 아키텍처의 저자 인 Dana K. Gulling은 전반적인 추세를 산업 공정에서 사용자 정의 수준을 재확립하고 설계 지원 단계에서 완료까지 건축가, 파사드 엔지니어 및 제조업체 간의 유익한 협력을 촉진하는 "사용자 정의 반복 제조"중 하나로 설명합니다. 변화에 대해 좀 더 자세히 알아보기 위해 AN은 선도적인 파사드 엔지니어를 대상으로 업무에 미치는 영향에 대해 조사했습니다.

Erleen Hatfield

Managing Partner, Hatfield Group

Custom repetitive manufacturing (CRM) has the potential to change how we design and construct buildings by making advanced digital design processes—like computational and parametric design—a viable option for a broader range of clients. This results from custom-designed elements being fabricated cost-effectively and with minimal production waste. In our work as a design-driven engineering firm, we embrace CRM as a powerful tool for realizing even the most technically demanding architectural designs.

Before CRM, fabricating the type of custom elements associated with these processes was too expensive for most clients—it only made sense for high-budget projects, so the tremendous potential of digital design methods could not be realized on a broad scale.

맞춤형 반복 제조(CRM)는 컴퓨팅 및 파라메트릭 설계와 같은 고급 디지털 설계 프로세스를 통해 더 넓은 범위의 클라이언트에게, 실행 가능한 옵션을 만들어 제공하며, 설계하는 방식과 건물 시공 방법을 바꿀 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 이는 맞춤형 설계 요소가 비용 효율적으로 제작되고 생산 폐기물을 최소화한 결과입니다. 설계 중심의 엔지니어링 회사의작업에서, 우리는 CRM을 강력한 도구로 받아들여, 가장 기술적으로 까다로운 건축 설계도 실현할 수 있습니다. CRM 이전에는 맞춤형 요소 제작 비용이 높아, 예산이 많은 프로젝트에만 적합하였고,  디지털 디자인 방법의 엄청난 잠재력을 광범위하게 실현할 수 없었습니다.

Michael Min Ra

Cofounding Partner, Front Inc

Key factors driving the realization of custom systems and components are a combination of conceptual demand and corresponding supply through advancements in and adaptations of technology in design tools, transfer of data, and compatible methods of manufacturing.

This sequential exchange of digital data from relatively low-resolution initial design to highly refined final solution enables successful custom fabrication and assembly of parts, and variability within given system parameters and schedules.

This mode of practice is applicable to both repetitive and variable facade typologies. Repetition offers profound advantages in allowing more detailed definition with simplified cost control, whereas variety can be accommodated through instantiation. As the costs of digital design processes diminish and designers’ manufacturing and construction knowledge expands, this process of customization will proliferate to the extent seen in other industries that benefit from economies of scale.

맞춤형 시스템 및 구성 요소의 현실화를 이끄는 주요 요인은 설계 도구의 발전과 기술 적응, 데이터 전송 및 호환 되는 제조 방법을 통해, 개념적 수요와 해당 공급의 조합입니다.

비교적 낮은 해상도의 초기 설계에서 고도로 정제된 최종 솔루션으로 디지털 데이터를 순차적으로 교환하면 부품의 성공적인 사용자 정의 제작 및 조립이 가능하며 주어진 시스템 매개 변수 및 일정 내에서의 가변성이 가능합니다.

이 연습 모드는 반복적이고 가변적인 외관 타이폴로지 모두에 적용됩니다. 반복은 단순화된 비용 제어를 통해 보다 상세한 정의를 허용하는 데 있어 심오한 이점을 제공하지만, 인스턴스화를 통해 다양성을 수용할 수 있습니다. 디지털 설계 프로세스의 비용이 감소하고 설계자의 제조 및 건설 지식이 확대됨에 따라 이러한 맞춤화 프로세스는 규모의 경제로부터 이익을 얻는 다른 산업에서 볼 수 있는 범위까지 확산될 것입니다.

Anna Wendt
Director, Buro Happold

Repetitive manufacturing has long been admired from a cautious distance by both engineers and architects. Cost efficiency, precision, mass production, and shorter lead times are advantages that shouldn’t be ignored. The increasing opportunity to introduce unique, customizable features to the repetitive manufacturing process provides further opportunities for ensuring that a sense of craftsmanship is achieved for iconic buildings.

An example where the Buro Happold facade engineering team has pioneered the use of such technology is on the King Abdulaziz Centre for World Culture in Dhahran, Saudi Arabia. The project, designed by Snøhetta, has a unique facade comprising an intricate surface made from 215 miles of CNC-bent stainless steel tubes. Innovative planning and design allowed the design to be optimized and developed for production by the facade contractor seele.

반복적인 제조는 엔지니어와 건축가 모두 신중한 거리에서 오랫동안 존경을 받아 왔습니다. 비용 효율성, 정밀도, 대량 생산 및 짧은 리드 타임은 무시해서는 안 되는 이점입니다. 반복적인 제조 공정에 독특하고 사용자 정의 가능한 기능을 도입할 수 있는 기회가 증가함에 따라 상징적인 건물에 대한 장인정신이 실현될 수 있는 추가 기회가 주어질 것입니다.

부로 해피폴드 파사드 엔지니어링 팀이 이러한 기술의 사용을 개척한 예는 사우디 아라비아 다란에 있는 킹 압둘아지즈 세계 문화 센터입니다. Snøhetta가 설계한 이 프로젝트는 215마일의 CNC 구부러진 스테인리스 스틸 튜브로 만든 복잡한 표면으로 구성된 독특한 외관을 가지고 있습니다. 혁신적인 계획과 설계를 통해 외관 계약자 인 seele에 의해 생산을 위해 설계를 최적화하고 개발할 수 있었습니다.

Figure 1. ADG (E.O.R. 구조 설계) Photo by Simon Shim

Benson Gillespie
Partner, SURFACE DESIGN GROUP

The ability for fabricators to provide custom facade systems has been a blessing for smaller and midsize projects. Our 10 Jay Street project [in Brooklyn, New York], designed by ODA, is a great example of this trend, where a completely custom curtain wall system was used to achieve a geometrically complex facade design at a relatively limited scale. We expect that custom facade systems will only increase throughout the industry as parametric software becomes more integrated within design and fabrication processes.

This trend has led to an increase in the numbers of international fabricators participating in the design-assist and bidding processes, as their custom systems are often competitively priced in comparison with standard systems offered by local vendors. This leveling of the global playing field has significantly expanded the options available to designers and owners.

제작자가 맞춤형 외관 시스템을 제공하는 능력은 중소 규모의 프로젝트에 큰 축복이 되었습니다. ODA가 설계한 10개의 Jay Street 프로젝트는 비교적 제한된 규모로 기하학적으로 복잡한 외관 설계를 달성하기 위해 완전히 사용자 정의 (맞춤형) 커튼월 시스템을 사용했던 이러한 추세의 좋은 예입니다. 파라메트릭 소프트웨어가 설계 및 제작 프로세스 에 더 통합됨에 따라 사용자 정의 파사드 시스템은 업계 전반에 걸쳐 증가할 것으로 예상됩니다.

이러한 경향은 현지 공급업체가 제공하는 표준 시스템과 비교하여 사용자 지정 시스템이 경쟁력 있는 가격으로 책정되기 때문에 설계 지원 및 입찰 프로세스에 참여하는 국제 제작자의 수가 증가했습니다. 이러한 글로벌 경기장의 평준화는 디자이너와 소유자가 사용할 수 있는 옵션을 크게 확장했습니다.

Hudson Yard Development in New York

 Hudson Yard Development

What we can learn from

by 사이몬 심, 미국 지사장

520 West 28th Street, designed by Zaha Hadid Architect, is located on 28th street,10th Avenue along the High Line in New York City. In Chelsea area, the building embraces four art galleries at street level. The building features laser-cut stainless-steel curvilinear geometric Facade. The Facade  was welded in Philadelphia by M Cohen And Sons. 

pichler.pro

Moving to Hudson Yard Development,

The SHED is Cultural Center, presenting performing arts, visual arts, and pop culture. The building was designed by Diller Scofidio + Renfro architect, which was the first retractable building ever built in New York City.  The structure is constructed of custom-made craft steel member on two linear rails which allows it expands and contracts. Its enclosure is cladded by ETFE.

Diller Scofidio + Renfro SITE

The SHED Photos

The VESSEL is observation tower, presenting Hudson River located west side of Manhattan. it is a structure and visitor attraction, designed by the British designer Thomas Heatherwick, the elaborate honeycomb-like structure is a 16-story, 150-foot-tall (46 m) structure of connected staircases between the buildings. Vessel has 154 flights, 2,500 steps, and 80 landings, with the total length of the stairs exceeding 1 mile (1.6 km). The copper-clad steps, arranged like a jungle gym and modeled after Indian stepwells, can hold 1,000 people at a time. 
For structural stability, tune mass dampers are used.

The Vessel

Rhino + Grasshopper Model  and photos by Simon Shim

한국잡월드, 숙련기술전수체험관

공사전경

CNC T-BAR 설치

수평재 원파이프 볼팅 연결

 한국 잡월드, 숙련기술전수 체험관은  CNC T-BAR와 AL. 복합패널 오픈조인트 공법으로 시공되고 있으며,  CNC T-BAR는 노출되기 때문에 용융아연도금 처리되었다. CNC T-BAR는 현장 조립하면서 형상제어 뿐만 아니라 패널의 고정위치가 제어되기 때문에 설치 이후 실측이 필요없이 패널 제작이 가능하다. 따라서 CNC T-BAR, 패널제작을 동시에 가능하게 하여 공기를 줄일수 있고, 비정형 곡면의  패널 시공품질을 높일 수 있다.

• 설계: DA 그룹
• 외장 패널시공: 홍성 이엔씨
• 3D 제조설계 및 시공 엔지니어링: 위드웍스
• CNC T-BAR 시스템: 위시스테크놀로지

Millennium Park Chicago

 천년 공원
Chicago Millennium Park 

by Simon Shim, Withworks 미국 지사장
sshim@withworks.kr

Details

1999년 Skidmore, Owings & Merrill (SOM)에  구조 엔지니어로 입사하며 시작한 첫 프로젝트는 시카고 다운타운 Michigan Avenue와 Columbus Dr 사이에 위치한 천년 공원 Millennium Park이다.

시카고의 건축은 1800대 말 대 화재이 후 새롭게 정비되고 건설되어왔다. 1900대 부터, 건설 자재 콘크리트, 철골의 발전에 힘입어, 1900대 중순부터 고층 건물이 지어져 왔고, 현재에 이르러 High-rise하면 떠오르는  철골 구조물 Willis Tower, John Hancock Tower가  떠오르게 된다.

건축 설계, 시공 기술의 발전은 1990년대 소형 Computer의 출현으로 CAD가 설계 사무소에서 널리 이용되었으며, 건축 설계, 엔지리어링 발전에 큰 연료가 되었다. 이러한 때에 시카고 다운타운 중심가에 위치한 Railroad Yard의 Urban Planning을 토대로 개발이 시작된 것이다.

시카고의 다운타운을 자세히 보면 특이한 점이있다. 모든 도로가 두 Levels로 형성이 되어있다. 아래층은 Train, Truck이 이용을하고, 위의 사진에서 보이듯 윗층은 보행자, 일반 차량들이 이용을하게하여, 서로 혼잡과 간섭을 피하는 체재로 만들어졌다. 

현재 위치한 천년 공원은 Railroad Yard, 도시 철도의 정착역으로 이용되던 장소였다. 위로 건물을 짓고, 그 위에 공원을 조성한 것이다.   Master Planning을 맡은  SOM은 건축, 엔지리어링총괄 서비스를 제공하며, 프로젝트를 진행하였고,  어느 시점에서 여러 기부자들의 힘을 얻어, Frank O, Gehry (Gehry Partners)가 Jay Pritzker Pavilion과 Trellis 을 건축 설계하게 되었다.

Frank Gehry는 스페인 Bibao에 위치한 구겐하임 박물관의 건축 설계로 전세계에 유명세를 얻었다. SOM의 구조팀은 구겐하임 프로젝트로 Frank Gehry와 인연을 맺어왔었다. SOM 구조 팀, Bill Baker SOM 구조 파트너, Ahmad Abdelaraq  현 삼성 건설 전무, Simon Shim 등등 Engineering service를 제공했다.

Gehry의 건축 철학이 천년 공원에 강력하게 반영이 되었는데, 이런 기형학적 특이함과 복잡성은 건축 설계, 엔지리어링, 시공에 큰 도전이 되었고, 그로인해 기술발전을 이루어 냈다.

Gehry가 설계한 Pritzker Pavilion 야외 음악당은, 철골 콘크리트로 설계 시공되었고, 음악당 지붕과 전면부에 나무 형상의 Band Shell 구조체를 세워,  시각적 관심을 끌어드리는 Focal point를 만들어냈다. 나무 숲속에서 음악을 즐기는 공간이라하겠다. 

Great Lawn에서 위로 Trellis 300 feet x 600 feet를 가로지르는 아치 형태의 철골 파이프 (직경 12" ~ 20" ) 구조체를 얻져, Lighting and Speaker를 매달아 Pavilion으로 시야을 만들어냈다.

밀레니엄 파크 Site Plan 

Trellis 구조 설계 개요 

Trellis structure on Concrete parking Garage over Railroad Yard 

Jay Pritzker Pavilion 정면 

천년 공원을 방문하는 관광객들의 대다수는 Cloud Gate 에서 시간을 즐긴다. Seam이 없이 Stainless Bean 형태의 조형물은 인도 태생 영국인 조각가 Sir Anish Kapoor  작품이다. 기형학적 형태 때문에 The Bean이라고 불리기도 한다. The Bean은 168개의 스테인레스 철판 용접으로 만들어졌고, 최고의 외장 처리가 되어 절취선이 보이지 않는다. 크기는 33ft x 66 ft x 42ft이며, 무게만해서 110 톤이 나간다. 

총 14개의 Banshell 구조체는 철골로 만들어졌다. 수직재는 W12, 수평재는 HSS8x8 그리고 가새 Bracing 은 WT6을 이용해 볼트 접합으로 시공이 되었다. 구조체의 오피 Clad는 스테인레스 스틸로 만들어져 구조체에 부쳐졌는데, Withworks 파트너 Zahner사의 특허 Prefabricated  ZEPPS을 이용해 시공되었다.      

지난 시카고 방문시 천년 공원을 들러보며 지난 SOM 시절을 스케치 그리며 회상해 보았다.

by Simon Shim

Article about Millennium Park